автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Теория и технология доменной плавки с пониженной интенсивностью

^ ГО^ОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

СЫСОЕВ Николай Петрович

ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ С ПОНИЖЕННОЙ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ

Специальность - 05.16.02 - " Металлургия черных металлов "

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

МОСКВА 1993

Работа выполнена в Московском институте стали и сплавов

Официальные оппоненты:

Чл. корр. АН Украины, доктор технических наук, профессор Г.Г.ЕФИМЕНКО Доктор технических наук, профессор Б.Н.ЖЕРЕБИН Чл. корр. ИА РФ, доктор технических наук, профессор Ю.Н.ОВЧИННИКОВ

Ведущее предприятие - Череповецкий металлургический комбинат

Защита состоится '"7" -/У 1993г. на заседании

специализированного совета Д-068.02.02. при Московском институте стали и сплавов (117935, г.Москва, ГСП-1,Ленинский проспект, 4)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "4" -/О 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук,

профессор Д.И.БОРОДИН

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Исторические условия и экстенсивное азвитие социалистической экономики обусловили создание нера-яоналыгой и неэффективной структуры металлургической отрасли.

доменном производстве эта тенденция проявилась в формировали принципиально иной, чем в ведущих странах мира,технологии, эторая заключалась в высокой форсировке хода плавки, зачастую ущерб экономике и экологии , наращивании концентрации кисло-эда в дутье с увеличением капиталовложений в строительство аслородных блоков и их сокращении на подготовку железорудного ^ья.

Развитие передового зарубежного доменного производства шло э пути улучшения подготовки железорудного сырья и оптимизации го распределения в печах путем совершенствования режимов заг-/зки и конструкции засыпных аппаратов при незначительном ис-эльзовании технологического кислорода.

Результатом реализации этих двух направлений в технологии гали существенно более высокие расход кокса и содержание ремния в чугуне и низкая степень использования газа в оте-эственных доменных печах.

Переход к рыночной экономике изменяет приоритеты в органи-ации производства. Это требует переосмысления традиционных эдходов к управлению доменной плавкой, создания гибкой техно-эгии, способной эффективно функционировать в условиях меняются конъюнктуры рынка.

Цель и задачи работы. Разработка на основе фундаменталь-лх и экспериментальных исследований теории и технологии до-

т

менной плавки с переменной интенсивностью, обеспечивающей энерго- и ресурсосбережение, требуемое качество чугуна и увеличение срока службы доменной печи.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

— анализ влияния интенсивности плавки на основные явления доменного процесса;

— исследование влияния концентрации кислорода в дутье на эффективность доменной плавки при различной ее интенсивности;

— изучение влияния распределения материалов на основные параметры противотока и разработка гибкой технологии на основе рационального распределения в условиях приоритета экономических требований;

—разработка технологии доменной плавки с пониженной интенсивностью.

Научная новизна работы заключается в разработке гибкой технологии доменной плавки, способной эффективно функционировать в условиях меняющейся конъюнктуры рынка при приоритете энерго-и ресурсосбережения. В этом направлении получены следующие результаты:

—методика расчета относительных изменений производительности печи с учетом зон, определяющих газодинамическое сопротивление;

—количественная оценка влияния концентрации кислорода и азота в дутье на производительность доменной печи и удельный расход кокса на выплавку чугуна;

—разработка модели рационального радиального распределения материалов для печей разного объема , работающих с разной

интенсивностью;

—статистическая зависимость относительных изменений по-розности столба шихтовых материалов от интенсивности (скорости его схода) плавки в интервале ее изменений от 50 до 100% от номинальной величины;

—разработка комбинированного способа снижения интенсивности плавки , обеспечивающей энергосбережение и ресурсосбережение , сохранность футеровки и требуемое качество чугуна.

Практическая ценность работы определяется решением следующих научно-технических проблем:

—разработка новых режимов работы конусного засыпного аппарата и подвижных колошниковых плит , обеспечивающих высокую эффективность регулирования радиального и окружного распределения материалов;

—утилизация мелочи -5мм в железорудных материалах в количестве до 12% без предварительного отсева;

—разработка технологии доменной плавки с пониженной интенсивностью, обеспечивающей снижение расхода кокса, требуемое качество чугуна, сохранность агрегата и оптимальный газодинамический режим , исключающий необходимость в изменениях коли-4ества или диаметра фурм.

Совокупность полученных результатов является теоретическим обобщением в области газодинамики , распределения материалов и эежимов их загрузки,которое направлено на решение крупной научной проблемы - разработку гибкой технологии доменной плавки, способной адаптироваться к меняющейся конъюнктуре рынка.

Реализация результатов в промышленности. На Западно-Сибирском и Череповецком металлургических комбинатах приняты к внедрению разработанные на основе теоретических исследований и промышленных опытов дополнения к технологическим инструкциям по технологии доменной плавки с пониженной интенсивностью , обеспечивающей энерго- и ресурсосбережение , сохранность агрегата и требуемое качество чугуна.

На Кузнецком металлургическом комбинате опробован и принят к внедрению новый режим работы подвижных плит колошника, обеспечивающий высокую эффективность регулирования радиального и окружного распределения материалов и газов в доменных печах.По результатам опытно-промышленных плавок экономия кокса достигала до 4% , прирост производительности - до 5,6%. .

На Магнитогорском металлургическом комбинате внедрены рекомендации по оптимизации режима загрузки доменных печей (доля в цикле нормальных систем загрузки,уровень засыпи,масса подачи), обеспечивающие экономию кокса до 1% , прирост производительности до 1,9 испытан циклический режим загрузки с оптимальными уровнями засыпи для каждой системы цикла,что позволило снизить расход кокса на 2 кг/т и увеличить производительность на 0,7 X.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Международной , Всесоюзной и Республиканской научно -технических конференциях и семинарах: Пятая международная конференция по производству чугуна "ЦШЗ 1975" , г.Острава (Чехословакия) ,1975г. ; Всесоюзная научная конференция " Теоретические основы металлургии чугуна ", г.Москва , 1974г.; Всесоюзные научно-технические семинары " Проблемы автоматизирован-

ного управления доменным производством г.Киев, 1973, 1977гг., Всесоюзная научно-техническая конференция "Теория и практика современного доменного производства", Днепропетровск, 1983г.Республиканская научно-техническая конференция "Повышение качества металлопродукцию! и эффективности технологических процессов черной металлургии",г.Свердловск,1980г.¡Научно-технические конференции по итогам выполнения НИР,г.Магнитогорск, 1974-1993гг. Конгресс доменщиков СНГ , Тула , 1992 и 1993гг.

Результаты работы апробированы на научно-технических семинарах кафедр : металлургии чугуна Магнитогорского горно-металлургического института , руднотермических процессоров Московского института стали и сплавов , теплотехники металлургических печей Уральского политехнического института.

Материалы диссертации доложены на научно-технических советах Западно-Сибирского, Кузнецкого, Магнитогорского, Орско-Халиловского, Череповецкого металлургических комбинатов.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 21 статьях,2 авторских свидетельствах и 3 патентах на изобретения.

Структура и обьем работы. Работа состоит из введения и 6 глав, содержащих 319 страниц машинописного текста , включая 62 иллюстрации, 51 таблицу , список использованных источников из 203 наименований и 4 приложения на 20 страницах.

Содержание работы 1. Современное состояние и перспективы развития доменного производства

Обзор современного состояния и перспектив развития доменного производства, выполненный в ракурсе поставленной цели работы, выявил особенности развития отечественной технологии I позволил конкретизировать задачи исследований по ее совершенствованию.

Главным отличием от технологии ведущих стран мира , определяющим все остальные , является приоритет производительности печей , а не расход кокса и другие показатели энерго- и ресурсосбережения. В результате была сформирована форсированная технология с высокой (выше оптимума, соответствующего минимуму расхода кокса) интенсивностью плавки и широким применением технологического кислорода в дутье.

Преимущественное инвестирование в строительстве кислородных блоков и недостаточное внимание подготовке железорудного сырья привели к ухудшению его качества, особенно по содержанию мелочи - 5 мм.

Регулирование "сверху"- наиболее эффективное, не требующее капитальных затрат технологическое средство уменьшения энергозатрат , было подчинено главной задаче - обеспечению ровного схода шихты ( за счет развития "умеренной" неравномерности газораспределения ) при заданной плановой интенсивности по дутью , т.е. достижению в первую очередь максимальной производительности. Решение ее зачастую приобретало соревновательный, политический характер.

Обращает на себя внимание высокий, в отличие от доменного производства других стран , расход природного газа и незначительное применение пылеугольного топлива.

Итогом реализации форсированной технологии оказались су-ществено больший удельный расход топлива ( кокс плюс природный газ ) , относительно низкая степень использования печных газов и неоправданно высокое содержание кремния в чугуне.

Такая технология не приемлема в новых условиях, поскольку с переходом к рыночной экономике производительность уступает приоритет другим критериям: энерго- и ресурсосбережение, повышение качества продукции и улучшение экологической ситуации.

Приоритет расхода кокса, определяющего себестоимость чугуна, выдвигает иные, чем при традиционной технологии требования к распределению материалов и газов.

Коньюктура рынка, обуславливающая колебания спроса,экстремальные ситуации (забастовки, стихийные бедствия, аварии и т. д.) требуют гибкой технологии, способной обеспечить минимизацию энерго- и ресурсозатрат на производство чугуна при различной интенсивности плавки.

В новых условиях нуждается в осмыслении роль технологического кислорода, широкое применение которого характерно для отечественного доменного производства в отличие от ведущих стран Запада и Японии, где его используют незначительно.

Поэтому основными перспективными направлениями развития отечественного доменного производства должны стать улучшение подготовки шихтовых материалов и их распределения в печах, включая совершенствование засыпных аппаратов и режимов их работы , применение горячих восстановительных газов и пылеу-

гольного топлива, создание гибкой технологии и улучшение экологической ситуации.

2. Анализ работы доменных печей с пониженной интенсивностью

Выполнен анализ уникального для отечественного доменного производства ( ориентированного на форсированный режим ) опыта работы доменных печей ЗСМК И ЧерМК с пониженной (до 50% от номинальной) интенсивностью плавки.

Интенсивность снижали, как правило , сокращением расхода-дутья. Газодинамический режим поддерживали уменьшением давления газов в печ:1 и закрытием части фурм.

При снижении интенсивности плавки сохранить общий перепад давления на прежнем уровне не удавалось из-за нарушения схода шихты. Теоретические расчеты показали, а практика работы печей подтвердила , что это вызвано смещением лимитирующей газодинамику зоны в верхнюю часть печи при уменьшении в ней давления газов, о чем свидетельствует изменение частных перепадов (рис. 1;2). Для удержания верхнего перепада давления на допустимом ( по сходу шихты ) уровне требуется снижать расход дутья больше, чем необходимо для сохранения нижнего перепада давления. В результате нижний и общий перепады давления уменьшаются и тем больше, чем больше градиент снижения давления колошникового газа.

Пофакторный анализ изменений коэффициентов сопротивления столба шихты позволил расчитать относительные изменения пороз-ности при уменьшении интенсивности плавки. Получена удовлетво-

^ т £

\ 120

^ Ш

Ш 2.!

Пг,

- 20 <1 1 . "о

1 1° г о 0

и Я «О

- о О О и О ОО о

V /о

о/ 1 1 »

* т

| * 700 600

го

€ « $

25

* V

* "

г,г г,^

л о

г.г

г,*

гг1

0.03 _ 0,07

0,025 130

120

^ ТО

30 й- 20 I ш

а^ т

I*

^ зоо

—_

I.

Интенсивность плавки до газу, м3/(м3-мин)

Рис. 1. Показатели работы доменной печи М 2:

гг 2.6

40

нижний и общий перепады статичесхога давления гмо»; X , X — соотяетстнно »ерхний и нижний коэффициенты сопротивления столб« шихты

I__

рительная статистическая зависимость :

г'/е = 0,5080/3) + 0,487, ( 1 )

где: £ - порозность; С/- интенсивность плавки по газу.

Для оценки противотока материалов и газов в нижней части печи воспользовались известными критериями противотока и "захлебывания" , преобразуя их формулы для расчета относительных изменений :

(2)

1 . <8 ¿»8 4.2. ,

f/f=(u)o/u)c)•(£/£> [(1-£)/(1-£)] • Fa/Fa , ( з )

где:&- критерий противотока;Рд - давление дутья; iA>- скорость газового потока в распаре; -f - критерий "захлебывания".

Расчеты показали , что при снижении интенсивности плавки критерий противотока уменьшается , а критерий "захлебывания" -возрастает, но менее интенсивно, чем его критическая величина, при которой происходит "захлебывание" коксовой насадки. Таким образом, при снижении интенсивности плавки противоток расплава и газов в нижней части печи удаляется от критического состояния- "захлебывания

На параметры истечения дутья : кинетическая энергия и импульс струи (количество движения) действуют в противоположном направлении два фактора : сокращение расхода дутья снижает, а уменьшение давлейия - повышает их.Результирующий итог, "corлас-

но расчетам, зависит от расположения лимитирующей газодинамику зоны. Если она находится внизу, то параметры истечения возрастают, если вверху - уменьшаются, что и наблюдали для кинетической энергии при снижении давления газов в печи (рис.3). Это обстоятельство вынуждало закрывать часть фурм (рис.3).

Для анализа влияния интенсивности плавки на процесс теплообмена преобразовали известные формулы Б.И.Китаева к относи-тельиному виду:

н'/н=(иУш . /1С (4)

I 0,75"

^/-к,г=(и)г/и3г)-[е/г'-а-0/а'0] с5)

где: Н - высота верхней или нижней ступени теплообмена;(Ош, и)г- скорости схода шихты и движения газов; - объемный коэффициент теплопередачи.

Уменьшение скорости движения газов в печи снижает объемный коэффициент теплопередачи (см.уравнение 5).Однако происходящее при этом уменьшение порозности столба шихты из-за снижения скорости его опускания (см. уравнение 1) действует в противоположном направлении.

В итоге, как правило, происходит незначительное снижение объемного коэффициента теплопередачи, которое с избытком перекрывается увеличением времени пребывания шихты в печи из-за уменьшения скорости ее схода. Благодаря этому сокращаются верхняя и нижняя ступени теплообмена ( см.уравнение 4 ) и существенно возрастает высота "резервной" зоны теплообмена, на-

V

1<<00

— .. "" '<» С,4 £,в

Интенсивность плабни по газу, /1*/(м3-/чин)

Рис. 3. Показатели работы доменных печей X* 2 (а) и 4 (¿):

О , р , Е — соответственно расход, давление и кинетическая Д д к

энергия дутья; р — давление колошникового газа; п -к ф

количество работающих фурм; * - теоретическая температура горения

18

% ь

ь „

I

^ и

ва%

0,7 О,} 0,5

о

о

Оо^

Г° ° \

/ о \

' О ^р

О

'о ,о 1 1 1

О

э ° о

о о О

О 0

\ о

о \Р>

° \

1 О О О' .1,1 1

200 г^О 280 Давление дутья, кПа Рис. 4. Зависимость потерь чугуна и содержания в нем кремния от давления дутья на печи К. 2

иболее благоприятной для непрямого восстановления. Негативная сторона пониженной интенсивности плавки заключается в увеличении удельных тепловых потерь из-за снижения производительности печи , если при этом не изменяется их величина в единицу времени. Однако уменьшение порозности шихты в периферийной зоне сокрашдет движение там газов и тепловые потери в единицу времени, которые существенно зависит от распределения материалов. В печах , где рудная нагрузка на периферии возрастала,потери тепла в единицу времени сокращались на большую относительную величину, чем производительность, что приводило к снижению их

удельных величин. Там, где периферийная зона разгружалась , удельные потери тепла росли.

Увеличение времени пребывания шихты в зоне умеренных температур, благодаря увеличению высоты "резервной" зоны теплообмена и уменьшению скорости отхода шихты, способствовало снижению степени прямого восстановления.

Влияние уменьшения давления газа на процессы восстановления трудно охарактеризовать однозначно , поскольку оно зависит от природы и состава газа восстановителя, физической структуры рудных материалов и кокса , отношения скоростей восстановления и газификации кокса.

В доменной печи восстановление протекает не параллельно, а последовательно и при разных температурах . Поэтому степень прямого восстановления определяется , главным образом , количеством кислорода , отнятого от оксидов в вахте при косвенном восстановлении. Последняя тем выше , чем равномернее распределены материалы и газы по сечению печи.

Уменьшение давления газов в печи способствует выплавке "химически горячего" чугуна, поскольку, согласно данным, обобщенным В.М.Щедриным , содержание в нем кремния обратно пропорционально давлению газов в горне . Это требует учета при регулировании теплового состояния по кремнию.

Повышение содержания кремния в чугуне способствует увеличению потерь железа со шлаком , тем более , что рост кремния вызван не повышением температуры чугуна, а облегчением его восстановления из-за уменьшения парциального давления СО в горне. Однако это проявляется лишь в первоначальный момент снижения давления газов. Затем потери чугуна существенно сок-

ращаются из-за преобладающего влияния на них уменьшения гидростатического напора продуктов плавки и интенсивности их выпуска (рис.4).

Каких-либо заметных изменении в процессах шлакообразования и десульфурации не наблюдали.

Снижение интенсивности плавки по газу на 1 % уменьшает производительность на 0.7-1.3 %. Отклонение приращении производительности от теоретического (равного IX) обусловлена влиянием происходящих при этом изменений рудной нагрузки. При чем, чем они больше, тем больше отклонение изменения производительности от теоретического.

Расход кокса и суммарный расход топлива с одной стороны, благодаря увеличению времени пребывания шихты в зоне умеренных температур ( из-за роста высоты "резервной" зоны теплообмена и снижения скорости схода шихты ), сокращается; с другой стороны, из-за увеличения удельных тепловых потерь ( при уменьшении производительности печи ) , возрастает. Итог совместного действия этих факторов определяется распределением материалов и газов в печи: расход кокса останется неизменным или увеличится если распределение не изменится или ухудшится; расход кокса уменьшится при сокращении периферийного потока газов и умеренном развитии осевого движения газов.

Таким образом , с переходом на пониженную интенсивность плавки возникают проблемы обеспечения выплавки чугуна требуемого качества, сохранности агрегатов и перерасхода кокса.

Для устранения этих проблем необходимо решить следующие задачи:

— обеспечить сохранение требуемых параметров истечения дутья

дутья без ухудшения окружного газораспределения ( закрытия части фурм);

— исключить увеличение содержания кремния в чугуне;

— разработать рациональное распределение материалов и газов, обеспечивающее высокое использование тепловой и химической энергии газов, сохранность футеровки и предотвращающее рост удельных тепловых потерь через стенки печи и образование периферийного потока газов.

3. Эффективность доменной плавки с переменной концетрацией кислорода в дутье

Теоретический анализ этой проблемы требует совершенствования методов расчета показателей доменной плавки, гарантирующих максимальную достоверность прогноза. Наиболее уязвимым в балансовых моделях является определение производительности печи , влияющей через тепловые потери на величину расхода кокса.

Из-за сложности и недостаточной точности расчета абсолютных значений производительности определяют ее относительные (к базовому периоду) изменения.

Разработана методика расчета относительных изменений производительности , отличающаяся от существующих ( кроме полноты учета факторов, влияющих на производительность) принципиально тем, что ее приращения определяются исходя из постоянства степени уравновешивания столба шихты, отдельно для верхней и ниж-"ней лимитирующих газодинамику зон и выбирается наименьшая из них. Необходимость этого вызвана тем , что перепады давления и

температура газов в лимитирующих зонах зачастую (например, при изменениях температуры дутья и концентрации кислорода в нем , расхода природного газа и т.д.) меняются в противоположных направлениях. При этом перепад давления газа в какой-либо из этих зон может превысить его "критическое" значение при относительно постоянных значениях общего перепада и соответствующей ему средней температуры газов. Поэтому общий перепад давления (или, тем более , выход газов) не может характеризовать состояние газодинамики и сход шихты в лимитирующих зонах и в печи в целом, приводя к искажению результатов расчета производительности и расхода кокса. Например, при изменении температуры дутья на 250°С эти искажения равны соответственно 0,9 и 5,8%.

Относительные изменения производительности по условиям верхней определяющей зоны равно:

/гА = Уп1&г<и+ш) gpR42fK') (P/K)VI мкышмш , б >

w V у с-си+же) '(лрв*2-рк)' (p/K>i' (р/ккш<ар/ЛкИ 4

rfle:l£,YKr,iK- соответственно удельный выход, плотность и температура колошникового газа; лРв - верхний перепад давления газа; - давление колошникового газа;Р/К- рудная нагрузка; . Ур ~ насыпная масса соответственно кокса и рудного сырья; Ак, - общие коэффициенты сопротивления (включая параметры газа и слоя) соответственно в слое кокса и рудного сырья. Здесь и далее параметры без и со штрихом - соответственно базовый и опытный периоды.

Относительное изменение производительности по условиям

нижней лимитирующей зоны равно: /гЛ = У«щ1&-(УЧ+Уш)/У'к]г Ит+тБ)-Ху Г^Жк^тшУжк .

Ын у« [Щ^Ж' ( 7 }

ЦГсмУ

V (Рэ-Рш)

где: 1/н - удельный выход газа, равный средней величине между выходом фурменного и колошникового газов;£к,Ук,Жк- соответственно порозность, объем (мЗ/т чугуна) и удельный расход кокса (т/т чугуна); №ч,\/ш ~ соответственно объем (мЗ/т чугуна) и удельный выход шлака (т/т чугуна); ЬТ,Уср ~ теоретическая температура горения и плотность фурменного газа; Рэ,Рщ - давление дутья и газа в середине шахты.

Для расчета ( П'/ П)н необходимо использовать метод итте-раций . Сначала последний сомножитель в подкоренном выражении принимать равным единице , затем на основе полученной величины (П'/П)н определить Р'ш и Р'д по следующим формулам:

Расчеты повторять до тех пор , пока отклонения расчетных величин (П'/П)н , Р'д и Р'ш от их предыдущих значений не будет превышать заданную величину.

Повышение концентрации восстановителей в доменном газе при обогащении дутья кислородом , наряду с вдуванием природно-

го газа, должно, по мнению А.Н.Рамма, компенсировать сокращение количества газов на единицу шихты. Однако сравнение использования газа и суммарного расхода топлива отечественных печей с печами ведущих стран Запада и Японии , где применение кислорода незначительно, говорит об обратном. Поэтому представляет интерес расчет расхода газа на нагрев и восстановление в шахте , который выполнили для условий равновесия реакции РеО + СО -> Ре + СО при температуре ниже 900°С и равенстве степени прямого восстановления ее оптимальной величине (табл.1).

Оптимальная величина отношения теплоемкостей потоков шихты и газа, обеспечивающая интенсивное протекание процессов теплообмена и косвенного восстановления, близка к 0.7. Без применения природного газа эта величина достижима при концентрации кислорода существенно ниже 21% , что указывает на возможность по условиям теплообмена в шахте , снижения расхода кокса при обогащении дутья азотом. При концентрации кислорода более 26% существенно замедляется теплообмен в шахте печи , о чем свидетельствует увеличение высоты верхней ступени' теплообмена более чем в 2 раза (табл.1). Учитывая неравномерность газораспределения ( из-за неудовлетворительного качества железорудного сырья) и уменьшения коэффициента теплообмена (из-за уменьшения скорости газов и увеличения порозности шихты при повышении скорости ее опускания), следует ожидать еще большего снижения количества газов на единицу шихты в зоне рудного гребня и возникновения " критического " состояния теплообмена в нем. Это вызовет смещение процессов восстановления и шлакообразования в нижнюю часть печи и их совмещение.Восстановление

Таблица 1

Влияние концентрации кислорода в дутье на расход газа восстановителя и процесс теплообмена при 1;<900°С

: Содержание кислорода в дутье, % Параметр :_

: 16 : 21 : 26 : 30 : 40

Количество восстанови- 2.46 2.00 1.71 1.55 1.28

тельного газа, мЗ/кг Fe ------------ --------------------

3.17 2.58 2.22 2.02 1.69

Отношение теплоемкостей 0.77 0.83 0.89 0.93 1.01

потоков шихты и газов,ед.------------ --------------------

0.71 0.76 0.80 0.83 0.89

Температура колошниково- 209 152 102 66 - 13

го газа, °С — — — ------------

263 221 184 157 100

Высота верхней ступени 55.5 100.0 185.0 329.0

теплообмена, 7. ------------- --------------------—

63.9 100.0 148.7 201.0 421

Примечание: числитель - без применения природного газа (r¿ =0.5);

знаменатель - расход природного газа 100 мЗ/т (rd= 0.34)

повышенного количества ЯвО из шлака приведет к увеличению их вязкости , вспениванию с последующим расстройством схода шихты в нижней части печи и похолоданию. Поэтому вызывает сомнение вывод о положительном влиянии кислорода на производительность печи независимо от расхода углеводородов.

Вдувание природного газа , благодаря увеличению количества лечных газов , устраняет отрицательное влияние кислорода на теплообмен и восстановление в шахте. При этом оптимальная ( по условиям теплообмена ) концентрация кислорода смещается в область больших значений (табл.1). Однако общий расход восстановителей будет выше вследствие необходимости компенсации устраняемого азота теплоносителя.

В отсутствие природного газа при высокой температуре дутья, а также при необходимости снижения интенсивности плавки для сокращения расхода кокса целесообразно уменьшать концентрацию кислорода, включая обогащение дутья азотом . Выполненные расчеты показали ( рис.5-7 ) , что при обогащении дутья азотом увеличивается приход тепла с дутьем ; возрастают потери тепла через стенку и с колошниковым газом; уменьшается теоретическая температура горения; производительность печи сокращается, причем в большей мере при расположении лимитирующей зоны вверху печи. По мере увеличения концентрации азота изменение расхода кокса определяется температурой дутья: если она превышает значения 900..1000°С (граница зоны, определяющей теплопотребность и расход кокса), то расход кокса при обогащении дутья азотом снижается , так как увеличивается теплоотдача углерода кокса в нижней зоне ; если же температура дутья ниже 900...1000°С, то теплоотдача углерода сокращается и расход кокса при увеличении

Рис. 5. Изменение расход» кокс», теплосодержания дутья и потерь теппа в доменной плавке а зависимости от содержания кислорода * дуть«. Цифры у кривых - температура дутья, С

Рис. б. Изменение производительности, теоретической температуры горения кокса и разницы между теплосодержанием дутья и тепловыми потерям в зависимости от содержания кислорода в дутье. Цифры у кривых - температура дутья, *С

1*ис. 7. Некоторые показатели работы доменной печи }* 4 НЛМК в 1974 ...1983 гт. в зависимости от содержания кислорода а дутье и достигнутого уровня г^ (по Павлову). Цифры у

кривых - степень развития процессов прямого восстановления г (по Павлову)

азота в дутье возрастает. В диапазоне температуры дутья 900...

о

1000 С расход кокса меняется по кривои с минимумом ( рис.5 ).

Обогащение дутья азотом наиболее эффективно на печах,-работающих с высокой температурой и низкой влажностью дутья, на богатой шихте ( т.е. с малым количеством газа на единицу шихты и низкой их температурой в шахте) при расположении лимитирующей газодинамической зоны внизу печи.

Для подтверждения вышеизложенных положений выполнили (совместно со специалистами НЛМК) анализ работы печей на комбинированном дутье высоких параметров . Исследования показали, что с повышением концентрации кислорода в дутье.производительность и интенсивность плавки изменяются по кривой с максимумом (рис. 7). Предел повышения производительности наступает при тем тем большем содержании кислорода , чем выше уровень технологии (меньше степень прямого восстановления г^).

При совместном увеличении расходов технологического кислорода и природного газа ( при условии постоянства теоретической температуры горения) шахта холодает, о чем свидетельствует снижение температуры колошникового газа ( рис.7 ). Поэтому при высоких параметрах комбинированного дутья лимитирующей газодинамической зоной становится нижняя часть печи вследствие замедления процессов теплообмена и восстановления вверху печи . В результате при содержании кислорода в дутье более 30% наблюдаются частые расстройства хода плавки , причиной которых является критическое состояние теплообмена в рудном гребне. Подтверждением этого является устранение их при уменьшении расхода кислорода или увеличении расхода природного газа.

0 повышением концентрации кислорода в дутье сокращается

количество печных газов на единицу шихты , что компенсируется увеличением расхода природного газа. Именно по этой причине суммарный расход топлива возрастает ( рис.7 ) . Отсюда степень использования химической энергии газов на отечественных печах заметно ниже , чем на печах Японии , несмотря на более высокую концентрацию восстановителей в печном газе.

Таким образом, значительное увеличение расходов технологического кислорода и природного газа создает предпосылки для роста производительности и снижения расхода кокса, которые реализуются в той мере, насколько возможна (по условиям теплообмена и газодинамики в лимитирующих зонах ) интенсификация процессов теплообмена и восстановления. При этом суммарный расход топлива возрастает.

Экономически выгодно получать одинаковый прирост производства за счет увеличения газопроницаемости железорудного сырья, поскольку в этом случае повышение расхода кислорода в единицу времени можно достичь увеличением расхода дутья, не снижая концентрацию азота в дутье (табл.2). Это позволяет снизить удельный расход кокса в три раза больше , чем при обогащении дутья кислородом, и заметно сократить себестоимость чугуна (вариант В в сравнении с А ,' табл.2 ). Для этого необходимо уменьшить содержание мелочи в шихте на 8...9%.

В варианте С ( табл.2 ) промоделировали увеличение рудной нагрузки на периферии на 45% , для которого потребовалось сокращение мелочи на 3%. Получили значительную экономию кокса -26 кг/т , благодаря :ольшему , чем при обогащении дутья кисло-дом, приходу тепла ; дутьем и меньшим потерям тепла через стенку печи.

Таблица 2

Сравнение разных способов повышения производительности доменной печи

ПАРАМЕТРЫ

Вариант повышения производительности печи

Повышение производительности печиД 5.2 5.2 5.2

Увеличение концентрации кислорода 2 (с 21 - -

в дутье, % (абс.) До 23)

Увеличение рудной нагрузкиД:

- периферия - - 45.0

-ось - - 0.8

Изменение содержания в рудной сыпи

мелочи 0...5 мм, % - -8,5 -3,0

Изменение расхода:

-дутья, куб.м/мин -104', 4 82,4 -34,8

-кислорода в дутье, куб.м/мин 26,0 17,3 -7,3

-кокса, кг/т -1,3 -3,8 -26,3

Изменение статей теплового баланса,

кДж/кг:

-расход тепла <3 -217,2 -66,9 -357, е

-приход тепла с дутьем Од -212,5 -26,3 -156,2

Продолжение табл.2

А

В

С

-потери тепла Оп -тепло колошникового газа Окг дС1 = Од - (Оп + Окг)

-73,4 -62,9 -303,9 -144,0 -2,7 -48,7 4,9 39,3 196,4

Изменение себестоимости чугуна,%

-0,4 -0,9 -2,7

В перспективе надо иметь в виду безусловный приоритет экономических требований и поэтому технологический кислород будет иметь ограниченное распространение и применяться лишь как средство для расширения использования низкокалорийных топливных добавок, при ремонтах воздухонагревателей, кратковременной необходимости увеличения производительности. Экономически предпочтительнее повышать газопроницаемость железорудного сырья и улучшать его распределение в печи.

4.Рациональное распределение материалов и газов в современных условиях

В новых экономических условиях приоритет расхода кокса, определяющего себестоимость чугуна, выдвигает иные, чем при традиционной технологии требования к распределению материалов и газов.

Во-первых, оно должно обеспечить максимальное в конкретных

условиях и стабильное использование энергии печных газов при переменной интенсивности плавки. Задача состоит не столько в поиске оптимума интенсивности С что крайне трудно из-за сложности, многофакторности и противоточной природы процесса ) , сколько в уменьшении ее влияния на расход кокса. Критерием оптимизации должна быть степень использования газа , которая отражает суммарный итог влияния ( в их взаимосвязи ) распределения материалов, параметров газодинамического режима, состояния футеровки, ровности схода шихты и т.д. на протекание процессов тепло- и массообмена.

Во-вторых , распределение должно создавать необходимые условия для сохранности футеровки и уменьшения расходов на ее охлаждение.

В-третьих, максимальная производительность печи и "ровный" сход шихты должны обеспечиваться на стадии проектирования всем комплексом средств организации плавки , исключая традиционное применение для этих целей ухудшения распределения материалов и, как следствие, снижение использования энергии печных газов, перерасход кокса и уменьшение стойкости футеровки.

В-четвертых , распределение должно быть таким , чтобы обеспечить максимально возможную долю мелочи , утилизируемую без ее отсева из агломерата, без ухудшения газопроницаемости шихты. Это позволит улучшить ресурсо- и энергосбережение, экологическую ситуацию, поскольку отсев мелочи, из-за невысокой стойкости оборудования и низкой эффективности разделения , энергоемкая операция, повышающая запыленность подбункерного помещения.

Для решения этих задач выполнили математическое и физи-

ческое ("холодное" и "горячее") моделирование влияния распределения материалов при различном их качестве на газопроницаемость столба шихты, на тепло- и массооСмен , форму зоны пластичности.

Результаты исследований показали , что в наибольшей мере выше перечисленным требованиям отвечает концентрическая загрузка с плавным увеличением крупности шихтовых материалов от минимальной возле стен до максимальной по оси печи при относительно равномерном распределении рудной нагрузки вдоль радиуса. При этом осевая отдушина формируется преимущественно подачей в нее крупных железорудных материалов и кокса , а не за счет уменьшения там рудной нагрузки. Это крайне важно, особенно при пониженной интенсивности плавки, поскольку позволяет сократить периферийный поток газа за счет активизации его осевого движения без ухудшения там использования химической энергии газов.

Подача мелочи к стенкам печи уменьшает количество и температуру периферийных газов, сокращая тем самым тепловые потери и улучшая условия службы футеровки и системы ее охлаждения (рис.8;9). Кроме того, наличие мелочи способствует образованию защищающего кладку гарнисажа.

Загрузка крупных кусков железорудного сырья к периферии нежелательна из-за возникновения пристеночного эффекта и их разрушения, особенно агломерата, вследствие замедления восстановления при охлаждении кусков и газа возле стен.

Разрушение крупных кусков по оси печи по данным французс-ских исследователей незначительно и происходит на небольшой высоте от уровня засыпи (3-5 м). Причина - большое ( при кон-

центрической загрузке ) количество там газа с высокой температурой и концентрацией восстановителей, что обеспечивает зональное восстановление с высокой скоростью (рис.9) и исключает приход в центр горна неподготовленных материалов.

Концентрическая загрузка позволит увеличить в шихте до 10- 12% содержание мелочи - 5 мм , утилизируемой без отсева и , тем самым, повысить эффективность энерго- и ресурсосбережения, улучшить экологическую ситуацию.

При концентрическом распределении материалов существенно повышается эффективность их сортировки по крупности , поскольку прирост газопроницаемости происходит не столько за счет повышения порозности ( при послойной загрузке материалов разных классов), которое возможно лишь при узком, технически трудно осуществимом и экономически нецелесообразном фракционировании , сколько за счет увеличения крупности материалов в промежуточной и осевой зонах.

Изложенные принципы рационального радиального распределения носят общий характер для печей разного объема. Учет влияния на распределение газов и форму зоны пластичности характера схода шихты внизу печи конкретизирует соотношение периферийного и осевого движения газов.

Для печей большого объема предпочтительнее " Ь "-образное газораспределение и они более чувствительны , особенно при высокой интенсивности плавки, к перегрузке осевой зоны, для малых печей - "М"-образное газораспределение и они более чувствительны к перегрузке периферии.

Дать универсальное количественное решение затруднительно

Распределение апхгпериалоЗ и газов по ради.усу слоЛ

Р/М

\J-o-. • •О ;о';0

30

х го г

-у" ю г

К к

- . - - ' о -^О

диаметр СлоЛ

с1, ¿ - соотбетстбенно среднеЗзЗешеннки диаметр материалоб и его средни* по радиусу слал Величина-,

й/ - соответственно скорость газа и ее. средн&Я- по радиусу слоя величина А и Б -рябномерках. и концентрическая загрузка. п?ломе/ыга РиС. 5

Параметра массоиере/^оса. при рибномернси (А) и концентрической ("В) загрузке.

IX

то

800 ГеО,Х

А

I "гломерата.

Гем>'/

о

V) 30

15 10 5 о

_ _ __

;: /

=-V-

¡'10

---- ^к-г^гыо

^м-м

з-<о

1 — 1 — „ 10-^5

1 у

/ Г «ч N

/ ^ ¿0 \

/ / V

/____ ___

"ч

■ч.

\

\ /

\ /

ч \ / >

/ \

Ч-

диаметр слоя

Сплошная} пунктир и штрих-Пунктирнне линии — до, после опыта, и средний, ¿еличинл ци<ррн у крийн*-

СО

- ра ¡мер кчслс&

Рис.9

i

из-за сложности и многофакторности процесса . Для каждых конкретных условий необходимо проводить статистическую обработку влияния температуры периферийных газов на степень их использования и расход кокса с целью оптимизации периферийного потока газов (рис.10). Добиваться этого целесообразно регулированием степени развития осевого движения газов, поддерживая по возможности максимальную рудную нагрузку на периферии и в промежуточной зоне, особенно для печей большого объема ( сохраняя принцип увеличения крупности шихты от минимальной у стен до максимальной по оси печи).

Общепринятым считается , что уменьшение окружной неравномерности газораспределения улучшает показатели плавки и условия службы футеровки. Однако имеются публикации свидетельствующие об обратном. Причина в том , что между радиальным и окружным газораспределением имеется экстремальная зависимость, обусловленная противоточной природой процесса. Вследствие этого, подгрузка периферии при преимущественном осевом движении газов сопровождается улучшением окружного газораспределения, а при преимущественном периферийном потоке газов , наоборот , ухудшением окружного газораспределения. В последнем случае из-за преобладающего воздействия радиального распределения на использование газов создается ложное впечатление о положительном влиянии окружной неравномерности газораспределения на показатели плавки.

Уменьшение окружной неравномерности улучшает использование энергии газов . Влияние носит затухающий характер . Например, сокращение "разбега" температур периферийных газов на 100 °С в интервале 300-400°С повышает £с0 на 1,4% ; в интервале 50

эдагашсгь показателей доменной плавки

ОТ TEMilEPATYftJ ПЕРИФЕРИЙНЫХ ГАЗОВ

рис. 10

-200 С - на 0.4%. Последовательная по окружности загрузка шихтовых материалов по станциям вращающегося распределителя шихты создает предпосылки для винтового движения газа и может служить регулятором газопроницаемости шихты и степени ее контакта с газами.

5. Совершенствование регулирования распределения материалов

Традиционные приемы регулирования " сверху " на печах с конусными засыпными аппаратами, которых подавляющее большинство в России, недостаточно эффективны в формировании рационального газораспределения и устранении его отклонений в ходе плавки . Затруднено регулирование рудной нагрузки в осевой зоне особенно в больших печах , практически невозможно управление гранулометрическим составом по радиусу и окружности колошника. Последнее относится и к лотковым засыпным аппаратам , поскольку , как правило , применяется шихта одного класса крупности.

Решение этих проблем ведется , в основном , по трем направлениям:

— применение дополнительных устройств ( подвижных плит , распределительных колец и т.д.);

— оптимизация традиционных режимов загрузки с применением математических моделей;

— разработка новых способов работы засыпных устройств.

Особой проблемой регулирования "сверху", которой уделяют недостаточное' внимание , является стабилизация распределения материалов и газов. Необходимость ее вызвана тем, что происходят самопроизвольные (без вмешательства технолога) перераспределения материалов соизмеримые по-своему влиянию на процесс с с режимом загрузки , часто приводя при регулировании к результатам противоположным от ожидаемых.

Выявлены механизм и причины самопроизвольного перераспре-

деления материалов и предложены пути их устранения : стабилизация гранулометрического состава рудного сырья особенно содержания мелочи - 5 мм и верхнего перепада давления газа , контроль и учет при регулировании наклона поверхности засыпи.

Статистический анализ работы доменных печей ММК выявил оптимальные по удельному расходу кокса и производительности печи значения уровня засыпи и массы подачи, показал целесообразность большей доли в цикле нормальных систем загрузки, поскольку увеличение ее на 10% повышает £Со в среднем на 0,4%; снижает удельный расход кокса и КИЛО на 3,0 кг/т и 1,9 % соответственно.

Разработан циклический режим загрузки , в котором каждая система цикла грузится в печь на свой оптимальный уровень засыпи. в отличие от переменного уровня засыпи и традиционного циклического режимов загрузки , в которых это условие выполняется лишь частично, что снижает их эффективность.

Промышленные испытания этого режима показали , что он является эффективным средством регулирования "сверху", расширяющим технологические возможности двухконусного засыпного аппарата. Применение его в условиях ММК обеспечило экономию кокса 2 кг/т и прирост производительности 0,7 %.

Для снижения удельного расхода кокса необходимо сокращать потери тепла в единицу времени. Особенно это важно при пониженной интенсивности плавки, чтобы не допустить роста их удельных величин из-за уменьшения производительности печи. Известно, что наиболее эффективный способ их снижения - сокращение периферийного потока газов,которое достигается, главным образом, активизацией осевого движения газов, благодаря умень-

шению там рудной нагрузки. Однако проведенные нами исследования ( рис.10 ) показали наличие оптимальной степени развития периферийного потока газов. Это обусловлено тем , что , наряду с уменьшением потерь тепла через стенку , растут потери тепла с осевым потоком газа ( из-за его количества и температуры ) и ухудшается использование его энергии. При пониженной интенсивности плавки удельный вес этих негативных явлений существенно возрастает . Устранить их можно, если осевой поток газов создавать преимущественно увеличением крупности рудного сырья и кокса , а не уменьшением там рудной нагрузки . Это позволит повысить степень использования осевого потока газов.

Для реализации такой структуры столба шихты разработан циклический режим работы подвижных плит колошника и вращающегося распределителя шихты, обеспечивающий дополнительное, кроме рудной нагрузки , регулирование гранулометрического состава материалов по радиусу и окружности печи.

Промышленные испытания этого режима показали высокую эффективность регулирования газораспределения: расход кокса снижался до 4.2 %, производительность повышалась до 5.6 %

Отличительная особенность его состоит в том, что, благодаря формированию рациональной структуры материалов, удалось повысить равномерность газораспределения при одновременном увеличении газопроницаемости столба шихты: увеличивалось содержание СО, на периферии и по оси печи, уменьшалась температура периферийных газов, существенно возрастала интенсивность плавки по дутью и допустимый по сходу шихты общий перепад давления газа.

6. Технология доменной плавки пониженной интенсивностью

Для разработки технологии доменной плавки с пониженной интенсивностью промоделировали разные способы ее осуществления: уменьшение концентрации кислорода в дутье и сокращение его расхода.

Первый способ имеет ограничения по теоретической температуре горения, что вынуждает снижать расход природного газа. Его возможности могут быть недостаточны при значительном снижении интенсивности (на 20 % и более). Кроме того, уменьшение концентрации кислорода в дутье при его температуре менее 1000° С вызывает увеличение расхода кокса.

При втором способе сохранение газодинамического режима возможно уменьшением крупности кокса или давления газов в печи. В том и другом случае ухудшаются параметры истечения дутья из фурм и появляется опасность образования периферийного потока газов. Уменьшение крупности кокса нежелательно из-за ухуд-иения работы горна и не всегда возможно из-за недостатка коксовой мелочи.

На основе положительных и отрицательных сторон каждого из способов разработали комбинированный способ снижения интенсив-юсти плавки заключающийся в одновременном уменьшении расхода 1утья и концентрации в нем кислорода. При этом, требуемое сок-)ащение интенсивности достигается меньшими их изменениями, чем 1ри раздельном применении и, следовательно, меньше их отрица-•ельные последствия на процесс.

Эффективность такой технологии зависит от решения ряда

задач. Во-первых, необходимо не допустить ухудшения условий службы футеровки и роста (из-за уменьшения производительности) удельных тепловых потерь через стенки печи. Причиной этого является образование периферийного потока газов вследствие ухудшения распределения материалов, уменьшение верхнего перепада давления и перехода режима движения газов из турбулентной в ламинарную область при сокращении расхода дутья.

Эта задача решена определением минимальной интенсивности плаЬки (-70 % от номинальной), исключающей возникновение ламинарного режима движения, разработкой рационального распределения материалов (раздел 4) и способа его формирования (раздел •5).

Верхний перепад давления газа регулируется уменьшением давления колошникового газа до уровня, обеспечивающего постоянство степени уравновешивания столба шихты и определяемого по формуле:

где: Рк - давление (абсолютное) колошникового газа, ИПа; Од,С*>-расход дутья (мЗ/мин) и доля в нем кислорода; N2 -доля азота в колошниковом газе;^- плотность газа и насыпная масса шихты, кг/мЗ; ^ - температура колошника, С.

с

Во-вторых, необходимо сохранить в допустимых пределах параметры истечения дутья из фурм без ухудшения окружного распределения - т.е. без закрытия части фурм..

(1396+ЬК)

( Ю )

Достигается это тем, что одновременно с сокращением расхода дутья уменьшают в нем концентрацию кислорода, исходя из теоретически рассчитанного и экспериментально проверенного норматива, равного 0,5-0,8% на каждый процент снижения расхода дутья.

В-третьих, необходимо предотвратить снижение физического нагрева чугуна и увеличение содержания в нем кремния, ' вследствие облегчения термодинамических условий его восстановления при уменьшении парциального давления СО в горне. Для этого рекомендуется с помощью природного газа уменьшить температуру горения на величину, определяемую по формуле;

К = ^-СРэ/Рэ)0'2 (И)

где;£- теоретическая температура горения, С;Рз-абсолютное давление дутья, кПа

Это соответствует снижению теоретической температуры горения

о

на 9-12 на каждые 10 кПа уменьшения давления дутья.

При снижении интенсивности плавки увеличивается время между загрузкой очередных подач, что ведет к усилению колебаний температурного и газодинамического режимов, ухудшая, тем самым, процессы тепло- и массообмена.

Для устранения этого целесообразно сокращать массу подач пропорционально уменьшению частоты их загрузки.

Технология доменной плавки с пониженной интенсивностью, кроме перечисленных технологических мероприятий, включает и организационные:

— для ее осуществления необходимо выбирать несколько печей, причем большого объема, поскольку для требуемых (одинаковых) сокращений суточного потребления кокса или выплавки чугуна потребуется меньшее отклонение параметров от номинального уровня и, следовательно, меньше отрицательные последствия от их изменений; кроме того, у больших печей меньше поверхность охлаждения на единицу объема и по этой причине меньше удельные тепловые потери;

— печи должны иметь хорошее состояние футеровки и гарнисажа;

— целесообразно выбирать агрегаты с высокими параметрами дутья и колошникового газа;

— необходим комплекс мероприятий по стабилизации качества (особенно гранулометрического состава) шихтовых материалов.

Промышленные испытания на доменных печах ЗСМК, КМК и ЧерМК подтвердили правильность разработанных рекомендаций и возможности выплавки чугуна требуемого качества, снижения удельного расхода кокса (до 4%) и предотвращения отклонений в ходе процесса, в том числе, параметров истечения дутья (не прибегая к закрытию части фурм).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теоретическими анализом и расчетами, лабораторными и промышленными экспериментами исследованы основные процессы доменной плавки, разработаны принципы ее организации, в современных условиях, характеризующихся сменой приоритета производительности на энерго- и ресурсосбережение, улучшение качества продукции и экологической ситуации.

Рекомендуется иметь два предельных значения интенсивности плавки, заложенных на стадии проектирования агрегата и технологии в тесной увязке с качеством шихтовых материалов и их распределением по сечению печи.

Минимальная ее величина ( не менее 70 % от номинального уровня) необходима при работе печи в экстремальных ситуациях (при дефиците кокса, затруднениях в реализации продукции, авариях и т.д.). Она должна обеспечивать сохранность агрегата, устойчивость работы, требуемое качество чугуна и минимизацию энергозатрат.

Номинальная интенсивность должна быть такой , при которой сохраняется устойчивый и ровный сход шихты при оптимальном газораспределении.

Исследования работы доменных печей на комбинированном дутье высоких параметров показали, что более выгодной экономически, а прежде всего, с точки зрения энерго- и ресурсосбережения , является технология доменной плавки, позволяющая получить одинаковый прирост производства, не за счет увеличения концентрации кислорода в дутье, а за счет увеличения газопроницаемости железорудного сырья, поскольку в этом случае повышение расхода кислорода в единицу времени достигается увеличением расхода дутья, а не снижением концентрации в нем азота. Учитывая нынешнее положение в отрасли с подготовкой железорудного сырья и топлива , энергетическими ресурсами, необходимо признать дальнейшее увеличение параметров комбинированного дутья (кислорода выше 30 % и природного газа более 100-120 мЗ/т) нецелесообразным, независимо от цен на кокс и природный газ.

Инвестиционная политика в отрасли должна быть переориентирована на подготовку железорудного сырья и улучшение его распределения в печах, совершенствованием режимов загрузки, конструкций засыпных аппаратов и способов их работы.

Обобщен уникальный для отечественного доменного производства опыт работы доменный печей с пониженной интенсивностью.

На основе анализа отечественных и зарубежных данных и теоретических исследований установлено:

- экстремальная зависимость производительности от концентрации кислорода в дутье;

- увеличение удельного расхода кокса с повышением концентрации кислорода в дутье с температурой более 1000°С;

-влияние интенсивности плавки (скорости схода шихты) на пороз-ность столба шихты;

- экстремальная зависимость между равномерностью окружного и радиального газораспределений и их влияние на использование энергии печных газов;

- оптимальная степень развития периферийного потока газов, регулируемая для больших печей через интенсивность осевого движения газов и при максимально возможной рудной нагрузке на периферии;

- влияние характера схода шихты внизу печи на форму и свойства зоны пластичности, вследствие которого для больших печей предпочтительнее. "¡„"-образная зона, для малых "М"-образная зона пластичности, что необходимо учитывать при регулировании распределения материалов, особенно , при высокой интенсивности плавки;

- разработана методика расчета относительных изменений производительности печи, учитывающей место расположения лимитирующей газодинамику зоны.

Выявлены механизм и причины самопроизвольных колебаний распределения материалов и предложены пути их устранения.

На основе проведенных исследований разработаны и опробованы в промышленных условиях:

- циклический режим загрузки с оптимальными уровнями засыпи для каждой системы цикла;

- новый режим загрузки на засыпных аппаратах с подвижными плитами колошника, обеспечивающий, в отличие от существующих способов регулирования, эффективное управление гранулометрическим составом шихты по радиусу и окружности печи;

- рациональное распределение материалов и газов для переменной интенсивности плавки, обеспечивающее высокую эффективность знерго- и ресурсосбережения;

- технология доменной плавки с переменной интенсивностью.

Основное содержание диссертации отражено в публикациях; 1. Стефанович М.А.,Сысоев Н.П. Влияние подготовки железорудного сырья на целесообразность неравномерного распределения шихты по сечению печи // Проблемы автоматизированного управления доменным производством. Тезисы семинара. Вып.З. - Киев: Знание. - 1973.

2. Вопросы совершенствования хода доменного процесса/Стефанович М.А..Ваертуев A.A..Сысоев Н.П.//Всесоюзная научно-техническая конференция по теоретическим основам металлургии чугуна. -М.: изд. МИСиС,- 1974.

3. Некоторые особенности работы доменной печи на системе загрузки РКРК / Яковлев Ю.В..Сибагатуллин С.К..Сысоев Н.П. и др. // Производство чугуна.Межвуз. сб. Вып.3.-Магнитогорск: изд. МГМИ." 1974.

4. Особенности расстроенных и переходных состояний доменного процесса - основа алгоритмов обычного и автоматического регулирования / Стефанович М.А..Сибагатуллин С.К..Сысоев Н.П. и др. // Reports of 5-th international conference on iron-ma-•king"VZ ' KG 1975". Czechoclovakia.-Ostrava 31:-1975.

5. Сысоев Н.П. О целесообразности неравномерного распределения шихты по сечению доменной печи //Производство чугуна. Межвуз. сб. Вып. 14.' -Магнитогорск: изд. МГМИ.-1975.

6. Вопросы эффективности использования окатышей в доменной плавке /Стефанович М.А.. Сибагатуллин С.К. .Сысоев Н.П. и др.// Доменное производство. Тематич. отрасл. сб. Вып.2. -М.: Металлургия. 1975.

7. Исследования работы доменных печей при различных режимах загрузки /Агашин A.A., Крюков Н.М., Сысоев Н.П. и др.//Производство чугуна. Межвуз. сб. Вып.2. -Свердловск: УПИ.-1976.

8. Сысоев Н.П. Анализ влияния газопроницаемости железорудного сырья на радиальное распределение материалов в доменной печи// Повышение производительности доменных печей. Доклады и сообщения. -М.: Ин-т Черметинформация. Экспрессинформация. -1978.

9'. Теплообмен в шахтной плазменной руднотермической печи / Стефанович М.А.. Микулинский A.C., Сысоев Н.П. и др.// Теплотехника процессов выплавки стали и сплавов. -Свердловск: изд. УПИ. -1977.

10. Самопроизвольное перераспределение материалов и газов по

радиусу колошника доменной печи / Стефанович М.А., Сибагатул-лин С.К., Сысоев Н.П. и др.// Производство чугуна. Межвуз. сб. Вып. 6. - Свердловск: изд. УПИ. -1980.

11. Об организации доменного процесса изменением режима работы вращающегося распределителя шихты /Стефанович М.А., Сибагатул-лин С.К., Сысоев Н.П. и др.// Производство чугуна. Межвуз. сб. Вып.7. -Свердловск: изд. УПИ. -1981.

12. Газодинамика, тепломассообмен и возможности совершенствования работы доменных печей / Стефанович М.А., Сибагатуллин С.К., Сысоев Н.П. и др.// Производство чугуна. Межвуз. сб. Вып. 7. -Свердловск: изд. УПИ. -1981.

13. Сысоев Н.П., Ваганов А.И., Монетов Г.В. Газодинамика приграничной зоны верха доменной печи// Производство чугуна. Межвуз. сб. -Свердловск: изд. УПИ.-1985.

14. Сысоев Н.П. Влияние окружного и радиального распределения шихты на использование энергии газов// Производство чугуна. Межвуз. сб. - Свердловск: изд. УПИ. -1987.

15. Поведение высокоофлюсованных соколовско-сарбайских окатышей и магнитогорского агломерата в шахте доменной печи /Ходак Л.З., Горбунов Г.В., Сысоев Н.П. и др.// Сталь. -1988. -N 10.

16. Эффективность доменной плавки при переменном содержании кислорода в дутье /Юсфин Ю.С., Пухов А.П., Сысоев Н.П. и др.// Сталь. -1992. -N 3.

17. О целесообразности обогащения доменного дутья кислородом /Сысоев Н.П., Юсфин Ю.С., Пухов А.П. и др. //Сталь.-1992.-N9.

18. Сысоев Н.П., Юсфин Ю.С., Черноусов П.И. О целесообразности обогащения доменного дутья кислородом //Известия вузов. Чёрная металлургия. -1992. -N 11.

19. Сысоев H.П. Оптимизация периферийного потока газов //Известия вузов. Черная металлургия. -1993. -N 1.

20. Сысоев Н.П., Столяр А.А.Влияние радиального распределения материалов на газопроницаемость столба шихта в доменной печи // Известия вузов.Черная металлургия. -1993. -N 3.

21. Опыт работы доменных печей ЧерМК с пониженной интенсивностью плавки /Сысоев Н.П., Курунов И.Ф., Котов А.П. и др. //Сталь. -1993. -N 5.

22. A.c. N 1271878 СССР. МКИ С21В 5/00. Способ регулирования распределения шихты на колошнике доменной печи /Бабарыкин H.H., Лежнев Г.П., Сысоев Н.П. и др. (СССР).

23. A.c. N 1354648 СССР. МКИ С21В 7/02. Засыпной аппарат доменной печи /Балахонов Д.И., Сысоев Н.П., Ваганов А.И. (СССР).

24.Положительное решение по заявке на Патент N 5020080 от 30.07.91г. МКИ С21В 5/00. Способ доменной плавки /Сысоев Н.П., Юсфин Ю.С., Курунов И.Ф. и др. (РФ).

25. Положительное решение по заявке на Патент N 5020743 от 3.01.92г. МКИ С21В 5/00. Способ загрузки доменной печи /Икко-нен А.К., Улахович В.А., Сысоев Н.П. и др. (РФ).

26. Положительное решение по заявке на Патент N 5020976 от 28.06.93г. МКИ С21В 5/00. Способ загрузки доменной печи /Сысоев Н.П., Коршиков C.B., Столяр A.A. и др. (РФ).

Фирма "Эвтектика", зак. 701, тир. 110